Effect of Fe-doping on the structural,optical and magnetic properties of ZnO thin films prepared by RF magnetron sputtering

In this paper, we report the fabrication and systematic characterization of Fe Doped ZnO thin Films. Fe_xZn_1−x O (x=0<0.05) films were prepared by RF magnetron sputtering on Si (400) substrate. Influence of Fe doping on structural, optical and magnetic properties has been studied. The X-ray diffraction (XRD) analysis shows that Fe doping has affected the crystalline structure, grain size and strain in the thin films. The best crystalline structure is obtained for 3% Fe Doping as observed from Atomic Force Microscopy (AFM) and X-ray diffraction (XRD). The magnetic properties studied using Vibrating Sample Magnetometer reveals the room temperature ferromagnetic nature of the thin films. However, changing the Fe concentration degrades the magnetic property in turn. The mechanism behind the above results has been discussed minutely in this paper.     

不同氩气气压下钒靶HIPIMS放电特性的演变

目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪记录不同放电状态下的光谱谱线,分析不同气压下V靶HIPIMS放电特性的演变规律。同时,利用HIPIMS技术成功制备了V膜,并利用扫描电子显微镜观察了V膜的截面形貌。结果不同氩气气压下,随着靶脉冲电压的增加,靶电流峰值、靶电流平台值及靶电流平均值均单调增加,而且增加的速度越来越快,但靶电流峰值的增加速度明显高于平台值,这是由于脉冲峰值电流由气体放电决定所致。不同气压下,Ar0、Ar+、V0和V+四种谱线峰的光谱强度均随靶电压的增加而增加,相同靶电压时,其光谱强度随着气压的增加而增加。当气压为0.9 Pa、靶电压为610 V时,Ar和V的离化率分别为78%和35%。此外,利用HIPIMS技术制备的V膜光滑、致密,无柱状晶生长形貌特征。结论较高的工作气压和靶脉冲电压有利于获得较高的系统粒子离化率,但HIPIMS放电存在不稳定性。合适的工作气压是获得优质膜层的关键。     

Ti6Al4V表面增强CrN和TiN薄膜

目的 研究表面增强氮化铬(CrN)和氮化钛(TiN)薄膜与Ti6Al4V(TC4)基体的适应性。方法 采用热丝增强等离子体磁控溅射技术,通过改变热丝放电电流,在TC4合金表面制备CrN、TiN薄膜。采用扫描电子显微镜、X–射线衍射仪、纳米压痕仪、洛氏硬度计和摩擦磨损测试仪分别表征薄膜的组织形貌、成分、相结构、内应力、纳米硬度、弹性模量及耐磨性。结果 随着热丝放电电流从0 A增加至32 A,等离子体密度增大,薄膜表面形貌由较疏松的四棱锥形转变成致密球形,截面柱状晶排列更加致密;薄膜择优取向从低应变能的(111)取向转变为低表面能的(200)取向;无热丝放电时TiN薄膜内应力高于CrN薄膜,随着热丝放电电流的增大,TiN薄膜内应力逐渐低于CrN薄膜;并且随着热丝放电电流的增大,薄膜的弹性模量与硬度均增大,但相同试验条件下CrN薄膜的弹性模量与硬度均低于TiN薄膜;压痕检测结果表明,薄膜与基体结合完好;低载荷摩擦磨损检测结果表明,硬度及弹性模量较高的TiN薄膜磨损量最低。结论 在相同等离子体密度能量轰击下,硬度和弹性模量较高的TiN薄膜内应力增幅较小;低载荷磨损时,弹性模量及硬度较高、内应力较低的TiN薄膜更适用于Ti6Al4V基体的增强改性。     

稀土Ce共溅射沉积(AlCrNbTiVCe)N涂层的高温摩擦学性能

研究了稀土Ce与AlCrNbTiV高熵合金磁控共溅射(AlCrNbTiVCe)N涂层500℃下的摩擦学性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征涂层的表面形貌、成分、物相和价态。通过纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试涂层的力学性能和摩擦学性能。结果表明采用磁控溅射技术可以制备出性能良好的(AlCrNbTiVCe)N涂层,Ce的引入改善了涂层微观组织和结构,增强了涂层的硬度,提高了涂层的抗塑性变形能力和抗弹性变形能力,进而使涂层具有良好的摩擦磨损性能。在室温下(AlCrNbTiVCe)N涂层的摩擦因数和磨损率与未含Ce的(AlCrNbTiV)N涂层相比均显著降低,其磨损机制为轻微的磨粒磨损和粘着磨损;在500℃下(AlCrNbTiVCe)N涂层具有比室温下更低的摩擦因数,其磨损机制以氧化磨损为主,这是由于涂层表面存在CeO₂,起到了改善涂层摩擦性能的作用。在磁控溅射工艺中引入Ce元素,可以获得摩擦学性能优良的(AlCrNbTiVCe)N涂层。     

MgB2/Mo多层膜的制备与超导性质的研究

本文采用磁控溅射技术(MS)和混合物理化学气相沉积法(HPCVD)在单晶Al₂O₃基底上制备MgB₂/Mo多层膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对样品的表面形貌、晶体结构和超导特性进行了测量研究。实验结果表明随着后续MgB₂沉积温度的增加各膜层结晶程度进一步提高,晶粒尺寸不断增大,各自保持着良好的物质稳定性。在730℃温度下生长的MgB₂薄膜的超导转变温度T_con和零电阻温度T_c0分别为39.73K~39.53K,剩余电阻率~0.77μΩcm,表明样品处于干净极限。     

轰击离子能量对V2AlC MAX相涂层结构及力学性能的影响

采用物理气相沉积（PVD）磁控溅射沉积方法,通过改变轰击离子能量制备高密度的V₂AlC涂层,并探究不同轰击离子能量对涂层结构和性能的影响。利用能谱仪测试、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、原子力显微镜对涂层的化学组成、相结构、表面与截面形貌进行分析,同时利用纳米压痕测试评价V₂AlC涂层力学性能。结果表明,提高轰击离子能量从15 eV到35 eV可以有效使得V₂AlC涂层致密化,且降低涂层表面粗糙度~50%（从~20.2 nm到~11.9 nm）,同时提高涂层的硬度~50%（从~14 GPa到~21 GPa）,与杨氏模量~20%（从~309 GPa到~363 GPa）。但当轰击离子能量升高到50 eV时,Al元素含量急剧下降,涂层由V₂AlC相转变为V₂C与VC多相混合。轰击离子能量的提高有效改善V₂AlC涂层的结构,提高V₂AlC涂层的硬度,杨氏模量,但需控制轰击离子能量改变范围才可实现结构与性能最优化。     

掺钨类金刚石膜的制备与性能研究

采用无灯丝长条离子源结合非平衡磁控溅射的方法，在不同基体上制备了面积较大、光滑、均匀的掺钨类金刚石（W-DLC）膜层，用SEM、Raman、XPS、XRD、硬度计、划痕仪、摩擦磨损试验机等手段分析和研究了膜层的形貌、结构及部分性能．结果表明：膜／基硬度高，W—DLC／Si为Hv0.02515=3577；膜／基结合力在45-75N之间；摩擦系数小，抗磨损性能良好．     

载荷对含Cr碳膜摩擦磨损性能影响研究

用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了高硬度含Cr碳膜。分别用压入法和划痕法测定了薄膜的结合强度。薄膜厚度用球坑法表征。用显微硬度计测定了薄膜的努氏硬度。在不同载荷条件下,用Ball-on-disc球盘磨损试验机研究了薄膜的摩擦系数、比磨损率的变化规律。分析讨论了载荷对含Cr碳膜摩擦磨损性能的影响。结果发现：随着载荷的提高,对磨钢球时薄膜的摩擦系数呈下降趋势．对磨损轨迹和对磨球磨损表面的扫描电镜（SEM）观察发现存在转移膜现象。对磨球磨损表面的EDX分析结果进一步证明了转移膜的存在。文中还对含Cr碳膜磨损机理进行了分析和讨论。用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了高硬度含Cr碳膜。分别用压入法和划痕法测定了薄膜的结合强度。薄膜厚度用球坑法表征。用显微硬度计测定了薄膜的努氏硬度。在不同载荷条件下,用Ball-on-disc球盘磨损试验机研究了薄膜的摩擦系数、比磨损率的变化规律。分析讨论了载荷对含Cr碳膜摩擦磨损性能的影响。结果发现：随着载荷的提高,对磨钢球时薄膜的摩擦系数呈下降趋势．对磨损轨迹和对磨球磨损表面的扫描电镜（SEM）观察发现存在转移膜现象。对磨球磨损表面的EDX分析结果进一步证明了转移膜的存在。文中还对含Cr碳膜磨损机理进行了分析和讨论。     

溅射压力对Ni纳米颗粒形貌控制的影响

采用磁控溅射方法制备Ni纳米颗粒,使用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等表征其形貌结构。采用高压溅射喷嘴结构,研究改变溅射压力等工艺参数对Ni纳米颗粒尺寸与形貌的影响。实验表明,采用高压喷嘴结构,溅射压力为20~180 Pa之间可以获得尺寸为10~100 nm的Ni纳米颗粒。采用高压溅射喷嘴结构可以得到具有晶体结构特征的Ni纳米颗粒。     

Effect of Substrate Surface Roughness on Properties of Ni-Cr Alloy Thin Film

The effect of surface roughness of aluminum oxide (95%) substrate on the properties of Ni-Cr alloy thin film is studied.The thin films are prepared on the substrates with different roughness by using magnetron sputtering.The micro-structure,adhesive and electrical properties of the thin films were investigated by using scanning electron microscopy,scratch method and four-probe method.The burst voltage and current of the thin film transducers with different substrates were measured according to D-optimization method.The results show that the particle size,structural defect,resistivity and adhesion strength of the thin film increase with the increase of the substrate roughness.The difference among the burst time of the samples with difference substrate roughness gradually decreases with the increase of stimulation amount.The burst time is approximate to 20 μs in the charging voltage of 37 V.